某高桩码头工程钢栈桥及钻孔平台施工技术

■郭梅辉

（福建省湄洲湾港口发展中心水运工程质量安全技术站，莆田 351100）

1 工程概况

1.1 项目概况

湄洲湾港肖厝港区鲤鱼尾作业区4 号泊位工程位于福建省泉州市泉港区洋屿岸段，项目北侧为在建的东港石化头（5#泊位），南侧为已建的振戎石化码头（3#泊位）。 4 号泊位工程是一个5 万吨级液体化工泊位，并可停泊2 艘5000GT 液化烃船。水工建筑物主要包括码头、引桥、警示护栏等。 具体位置图及项目效果图见图1、图2。

图1 项目地理位置图

图2 项目效果图

1.2 水文及气象情况

湄洲湾海域属强潮海区，潮汐性质属于正规半日潮。湄洲湾潮差大，平均潮差4.60 m 以上，最大潮差7.0 m 以上，潮差由口外向口内逐渐增大。项目所在地区属亚热带海洋性气候， 受季风环流的影响，四季分明，雨量丰富。 7-9 月通常为台风季节，为台风活动频率集中期。 根据历年秀屿气象站观测结果，项目设计风速：21 m/s（9 级），极端风速：27 m/s。

1.3 地质情况

场地地貌属于海湾沉积地貌，地势自西向东倾斜。场地后方护岸已形成，陆域已回填完成。码头内侧海域分布有礁盘。 场地内岩土体种类较简单，码头所在区域原泥面标高在-10.1～-16.4 m，强风化花岗岩岩面标高在-13.63～-20.65 m， 岩面起伏较大，码头前沿基岩覆盖层较浅，局部近乎裸岩。 典型地质剖面见图3。

图3 典型地质剖面图

2 施工方案

4 号泊位工程码头为高桩梁板结构， 码头及引桥桩基均采用灌注型嵌岩桩，均需水上施工，为满足嵌岩桩施工需求，需搭设临时水上施工通道和作业平台，临时钢栈桥及钻孔平台的投入建设可有效改善水上作业条件， 减少水上作业船舶数量与时间，为码头模板、预制构件、施工材料的运输提供有利方便的交通条件。

本项目在引桥北侧和码头平台西侧设置钢栈桥作为施工通道，钢栈桥设计全长751.4 m，面积约5 542.2 m2，总计68 跨，引桥段设置栈桥共43 跨长462.9 m，桥面宽度8 m，码头平台段栈桥共25 跨长288.5 m，宽6 m。 同时在引桥段与码头段钢栈桥交接处设置27 m×18 m 平台，用于构件出运和长大车辆调头。 考虑到引桥及码头平台桩基施工，在设计桩基处设置钢钻孔作业平台。 本项目共搭设各类型钻孔平台46 座，搭设面积8 250 m2。 具体布置图见图4。

图4 钢栈桥及钻孔平台平面布置图

3 钢栈桥、钻孔平台设计

3.1 钢栈桥结构设计

3.1.1 8 m 宽栈桥结构设计

本项目钢栈桥设计宽8 m， 标准跨径12 m；栈桥上部桥面板采用20 cm 厚预制钢筋混凝土板，桥面板尺寸为（2×8）m；栈桥承重纵梁采用“321”贝雷梁，横向布置8 排；钢栈桥基础采用Φ630×10 mm钢管桩，连续墩基础采用单排三根桩，制动墩基础采用双排六根桩；钢管桩之间采用［20a 型钢做为联结系；连续墩墩顶采用单层2 工40a 分配梁；制动墩顶墩顶横桥向采用2 工40a 作为分配梁，顺桥向采用2 工45a 型钢组作为分配梁。 8 m 宽钢栈桥断面见图5。

图5 8 m 宽钢栈桥断面示意图

3.1.2 6 m 宽栈桥结构设计

码头后方钢栈桥设计宽6 m， 标准为跨径12 m； 栈桥上部桥面板采用8 mm 厚花纹板+工14组成的密横梁体系桥面板，工14 间距25 cm 每道，并在桥面板下放设置三道工10 做为背带； 栈桥承重纵梁采用“321”贝雷梁，横向布置6 排；海床面在-12.0 m 以上的钢便桥基础采用Φ630×10 mm 钢管桩， 海床面低于-12.0 m 以下的钢便桥基础采用Φ800×10 mm 钢管桩；连续墩基础采用单排两根桩，制动墩基础采用双排四根桩；钢管桩之间采用2［20a 型钢（扣成盒状）做为联结系；连续墩墩顶采用单层2 工40a 分配梁；制动墩顶墩顶顺桥向均采用2 工45a 型钢组作为分配梁， 横向采用2 工40a分配梁。 6 m 宽钢栈桥断面见图6。

图6 6 m 宽钢栈桥断面示意图

3.2 钻孔平台设计

3.2.1 平面设计

平台共计11 种尺寸及类型（A～L 型），共布置46 个平台，分为不带支栈桥钻孔平台和带支栈桥钻孔平台。 其中数量最多的A 型，平面尺寸为12 m×4 m；面积最大的E 型，平面尺寸为42 m×14 m。 具体钻孔平台设计情况见图7。

图7 钻孔平台纵、横断面示意图

3.2.2 基础设计

钻孔平台基础采用Φ630×10 mm 钢管桩，具体布置形式根据钻孔平台大小和设计跨径布置，最大桩间距不超过5.5 m；钢管桩之间采用Φ326×6 mm钢管做为联结系，将所有钢管联结成整体，相当于导管架体系；钢管桩桩顶布置单层2 工40a 分配梁。

3.2.3 上部结构设计

钻孔平台数量较多，多种尺寸，其中带支栈桥的平台最大跨径为12 m。 平台上部结构铺设750 mm 间距的工20a 作为横向分配梁， 铺设220 mm 间距的[20a 作为纵向分配梁。 钻孔平台承重纵梁采用“321”贝雷梁。

3.3 海堤处钢管桩基础结构形式

钢栈桥出发段处于已建海堤处，海堤采用抛石斜坡堤结构，受海堤特殊结构影响，此处钢栈桥钢管桩无法正常插打， 为了降低施工难度和费用，在满足海堤整体稳定的前提下，抛石较厚P1、P2 排架钢管桩采用混凝土扩大基础，使基础落在抛石岩层上，利用低潮位进行混凝土扩大基础施工。 抛石层较薄区域排架采用局部挖除钢管桩位置块石后正常沉桩施工。 钢栈桥海堤处地质情况见图8。

图8 钢栈桥海堤处地质剖面图

3.4 钢栈桥受力计算

钢栈桥和钻孔平台作为本项目施工的重要通道和主要作业平台，其结构安全是保证项目顺利实施的关键，为保证施工期安全，采用有限元软件对钢栈桥和钻孔平台受力进行模拟计算。 8 m 钢栈桥采用单跨载重800 kN 荷载进行设计计算，车辆限速不大于10 km/h，履带吊最大行走速度按1 km/h。钢栈桥和钻孔平台计算时，钢栈桥宽度有限，考虑50 t履带吊和重载汽车两者在同一横断面上会车工况，同时考虑水流、风荷载等影响；钻孔平台支栈桥部分考虑上50 t 履带吊机，钻孔区域位置考虑上冲击钻机、储渣槽、泥浆池等，履带吊机荷载与钻机荷载进行组合。

计算结果表明， 钢栈桥和钻孔平台的贝雷梁、横向分配梁、 纵向分配梁及钢管桩均满足强度、刚度和稳定性要求。

4 钢栈桥、钻孔平台施工

根据地质、水文情况，采用“钓鱼法”工艺完成水上钢栈桥及钻孔平台的搭设施工[1]，即使用履带吊配合振动锤施工钢管桩、每跨形成单个工作面逐步推进的工作方式，每跨栈桥钢管桩施工完成后按照从下而上进行平联、主横梁、贝雷片、分配梁、桥面板及安全护栏等的施工，一跨施工完成后履带吊继续向前，开始下一跨钢栈桥和平台搭设。 “钓鱼法”施工工艺见图9。

图9 钓鱼法施工示意图

主要施工流程：桥台施工→首排钢管桩施工→首跨钢栈桥上部结构施工→钢管桩就位→钢管桩施沉→桩间连接系及主梁安装施工→贝雷梁安装→桥面板安装→附属设施安装→重复步骤4～9至栈桥完成。

4.1 钢管桩施工

（1）钢管桩沉管采用悬臂定位导向架配合施工，将已施工完成的便桥前端贝雷梁与导向架末端销接，利用导向架按设计预留孔位导向施工，整排钢管桩沉桩完成后移开导向架，铺设上部结构及桥面板等，后继续下一孔便桥施工。 （2）沉桩过程中，通过50 t 履带吊吊装钢管至导向架矩形框中，先利用钢管桩自身重力下落并沉入土中。 施工过程中需考虑到管桩受水流影响产生的偏斜，需由现场作业人员进行垂直度校正，纠正偏差。 （3）采用履带吊吊装DZ90 型振动锤，夹紧钢管桩，振动下沉。 为避免形成最不利截面，沉桩过程必须保证同排的钢管桩接头错开[2]。

4.2 裸岩锚桩施工

码头栈桥部分区域覆盖层小于2 m， 对此区域的钢管桩采用栽桩法进行锚固处理。 锚固桩采用钻孔灌注桩施工工艺，施工时先插打完成周边板凳桩，平联稳定后架设贝雷梁形成临时桥面结构，在钢管桩位置安装临时护筒， 采用冲击钻钻孔进行栽桩，栽桩深度为3 m。 成孔后，护筒内沉渣清理合格后下放钢筋笼，灌注水下混凝土。 混凝土浇筑完成后立即在护筒内沉放钢管桩，待7 d 砼强度满足要求后即开始进行上部结构安装。 现场施工情况见图10。

图10 栽桩法施工图

4.3 平联、斜撑、主横梁及贝雷梁施工

（1）平联、斜撑及主横梁在后场加工成整体后整体吊装，缩短现场安装时间。 （2）在后场将斜撑与主横梁通过节点板焊接固定，将平联与斜撑临时焊接固定；钢管桩施打完成后水准仪测放出桩顶切割线完成桩顶切割（或接长）。 （3）整体吊装平联、斜撑及主横梁， 将主横梁放置在钢管桩顶设计位置；微调主横梁， 安装平联、 斜撑与钢管桩间的连接板。（4）贝雷梁安装前，在地面先拼装成12 m 1 段的架体，用履带吊逐段进行吊装。 安装就位后，通过槽钢制作而成的门式限位装置焊接固定在主横梁上，限制贝雷梁的横向位移。

4.4 桥面板安装

贝雷梁安装完后，吊装组合钢面板。 单跨钢面板安装完成后利用U 型卡板将组合钢面板与贝雷梁上弦杆固定，与组合面板连接处采用焊接固定。

栈桥桥面板采用尺寸为8000 mm×2000 mm×200 mm 混凝土面板，现场测定固定面板位置后，分块吊装，限位板与贝雷梁对齐焊接固定，面板铺设完成后在两侧设置安全护栏。

5 结论

湄洲湾港内绝大多数液体化工码头均采用高桩梁板式设计， 临时钢栈桥及钻孔平台高效应用于高桩码头施工；本项目地质相对复杂，覆盖层浅薄，存在人工抛石区等均为湄洲湾高桩码头的典型特点，钢栈桥及钻孔平台施工是本工程桩基及上部结构顺利施工的关键措施。施工过程中针对不同特点、难点采取相应的施工措施及方法，尤其采用混凝土扩大基础，栽桩法成桩等具体措施，可保证如期完成钢栈桥和钻孔平台施工，为项目顺利实施打下坚实基础，为同类项目临时施工平台施工提供借鉴和参考。